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          時間:2023-8-14 08:45:05

        流量計在線校準與核查實踐與可行性

          石化行業的蒸汽、天然氣、通用氣體及水等介質,廣泛采用標準節流裝置流量計進行計量或過程控制,占全部在用流量儀表的60%左右。為保證計量的正確率,真正實現從數據中要效益,這些儀表需要定期檢定或校準,但由于生產裝置長期連續運行,流量計無法離線送實驗室檢校。
        1現場校準與核查的開展.
        1.1理論基礎
          標準節流裝置流量計在線核查與校準是把計量系統中各組成部分整合為一個整體來進行評估確認,從而保證整個計量系統的正確率。計量系統的組成部分主要包括:一次元件(節流裝置),二次儀表(流量積算部分)以及變送器(溫度、壓力、差壓)。
        標準節流裝置流量計備受國際流量界重視。
          2016年國家質檢總局發布了JJG1003--2016《流量積算儀檢定規程》",該規程重點是把流量積算儀表與流量變送器、被測流體物性緊密結合,對二次儀表(包括DCS、PLC等流量顯示設備)檢定的理論值,依據標準給出的數學模型進行流量計算,規范了流量積算儀的檢定和使用。
          流量計量系統組成的其他部分:溫度變送器、壓力變送器、差壓變送器也均有各自的檢定規程可依據。這些都為開展標準節流裝置流量計在線校準提供了理論基礎。
        1.2現場基本情況
          利用檢修窗口期,選擇現場需要流量校準的39臺流量計進行試驗性在線校準與核查。按照流量計類型分類:法蘭取壓孔板30臺,角接取壓孔板3臺,長徑噴嘴4臺,文丘里1臺,非標準節流件1臺。按照被測介質分類:用于計量蒸汽13臺,天然氣和甲烷氣7臺,瓦斯氣和混合氣10臺,通用氣體4臺,水和其他液體5臺。這些儀表均已運行一個檢修周期,許多儀表不具備拆卸條件。其中38臺為標準節流裝置流量計,其可以根據儀表幾何尺寸得到流量關系,具備在線校準的前提條件。
        1.3現場操作步驟
          對需要在線校準與核查的標準節流裝置流量計,按照下面步驟進行實施。
        1.3.1參數核查
          參數核查包括:檢查節流裝置原始資料(設計書、檢測報告等)中的參數指標是否齊全,結構尺寸是否符合JJG640--2016《差壓式流量計檢定規程》的要求;檢查溫度、壓力、差壓及流量設計參數與實際工況是否一致。
        1.3.2節流裝置校準與核查
          核查標準節流裝置流量計安裝方式(水平或垂直)、前后直管段長度、與工藝管道的同心度、差壓管路的引出與敷設方式、法蘭與夾持環的位置等,核查其是否符合GB/T2624--2006《安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測量滿管流體流量》與JJG.640-201651中的規定要求;可拆下的節流件根據JJG640--2016中幾何法進行校準。
        1.3.3配套儀表校準
          配套的溫度變送器、壓力變送器、差壓變送器由于配有護套或是閥組,均可以對應相關檢定規程離線或在線校準甲。
        1.3.4流量二次單元校準
          所有計量儀表均采用DCS系統進行流量計算。使用過程校驗儀輸出標準模擬信號給DCS系統采集通道,根據JJG1003--2016進行流量校準。
        1.4校準結果
          歷經兩周,通過對現場39臺流量計校準發現,流量示值誤差超過10%的流量計有10臺,約占總數的26%;流量示值誤差在5%~10%的流量計有7臺,約占總數的18%;流量示值誤差在3%~5%的流量計有5臺,約占總數的13%。也就是說,流量示值誤差超過3%的流量計總共有22臺,約占總數的56%。
        1.5影響因素分析
          通過對現場儀表核查、校準及對數據的分析,確認了影響儀表計量精度的主要因素,匯總數據見表1。
         
        2問題的解決
          通過分析計量系統存在的問題,提出相應的解決方案。
        2.1確認系統不確定度合理范圍
          正常情況下,當節流件的結構形狀、幾何尺寸及安裝使用條件、配套二次裝置的各組成單元,符合GB/T2624--2006、JJG640-2016、JJG1003一2016等相關標準及規程要求時,各標準節流裝置流量計系統不確定度為:標準孔板≤1.0%;ISA1932噴嘴<1.5%;長徑噴嘴≤2.5%;文丘里≤1.5%。
          考慮到現場工況條件下各因素的影響,可以適當調整不確定度范圍,以滿足企業計量儀表對測量對象的實際需求。
        2.2解決方案
          一般不可能對所有超差的流量計進行更換改造,需根據計量儀表不同情況,提出解決方案:①工況條件穩定,誤差趨勢-致的采用校準系數修正方法;②儀表參數錯誤,根據工藝參數,重新出具計算書,修改儀表設置;③工況條件波動大,計算模型不符合國家相關標準,在不改變現有系統架構的情況下,在計量系統中完善流量計算模型"。
        2.3方案實例
        2.3.1工況條件穩定,流量示值誤差趨勢一致
          一些計量儀表屬于過程控制儀表或是裝置內部計量儀表,一般工況條件比較穩定,并且校準結果顯示其流量誤差的比例關系一致。根據實際工況條件下校準得到的標準流量值,采用在DCS系統中設置校準系數的方式對被校流量值進行修正”。
        例如,煉油廠重整加氫聯合車間位號11201-FT305的蒸汽流量計采用的是法蘭取壓標準孔板,其校準數據見表2。
         
          在DCS系統中將各流量點的流量值除以1.145得到修正后的流量值。該臺流量計進行校準系數修正后,瞬時流量誤差小于0.5%。
        2.3.2工藝參數調整后,儀表參數調整錯誤
          一些計量儀表在后期生產過程中工藝參數對應設計參數發生了變化,流量計配套的差壓變送器沒有進行正確調整。
          例如,動力站A爐鍋爐主蒸汽流量,其校準數據見表3。
         
          該計量儀表原設計中差壓量程為250kPa,流量量程為440th。在生產過程中,由于工藝發生了變化,流量量程擴大為480tUh,DCS系統也進行了相應的調整,但是差壓變送器設置的量程存在問題。標準節流裝置流量計的流出系數和可膨脹系數均是變化的,差壓和流量并不是簡單的開方后成線性比例的關系。
          此類問題的計量儀表通過重新出具計算書,調整相應量程參數解決流量誤差的問題,不需要額外投人任何的改造成本。
        2.3.3工況條件波動大,計算模型不符合國家標準
          一些計量儀表屬于二級能源計量,數據比較關鍵,精度要求高,同時為了保證計量的正確率都配有溫度、壓力進行補償修正。由于工藝條件不穩定,其流量偏差體現出無規律性,無法采用校準系數修正的方式。
        例如,乙烯廠一聯合車間某臺蒸汽流量計采用的是文丘里管,其校準數據見表4。
         
          此類計量儀表誤差產生的根本原因為計算模型不符合國家相關標準”。這種情況下無法進行簡單的校準系數修正,只能通過完善流量計算模型來保證計量的正確率。DCS系統作為控制系統,很難滿足精度高的計量要求。在流量計一次儀表部分不更換的情況下,只需在機柜間增加嵌人式模塊按照國家相關標準進行流量補償計算,再將補償后的流量值輸出給DCS使用。DCS系統只負責流量的顯示,通過使用專用的設備完善流量計算模型,從而保證計量的正確率。
          通過以上幾種方式,根據計量儀表不同情況針對性地采取不同解決方案,可以滿足GB/T20901--2007《中石油石化行業能源計量器具配備和管理要求》中計量性能要求,降低了企業的改造成本。
        3可行性分析
          流體計量與一次儀表工作原理、安裝條件、被測流體的物性和工況條件(溫度、壓力、濕度等)緊密相關,計算公式各異并呈現出復雜的函數關系。影響因素除節流裝置本身,還有參數設置、測量范圍、補償計算等叫。將標準節流裝置及配套作為整體,通過現場校準或核查確定各組成單元的不確定度,對系統不確定度進行評估和調整,確保整個計量系統具有可預期的計量精度。
        4結束語
          標準節流裝置流量計通過在線校準或核查實現流量量值溯源,在滿足生產及裝置連續運行的條件下,可以在線實施確保在用流量計精度符合要求。在線校準或核查也是對現場流量測量系統的一種計量再確認,系統的構成是否正確、運行參數是否準確、計算模型是否合理、系統的精度是否滿足工藝要求均可以通過在線校準或核查來發現解決問題,提高企業的計量水平。
          流量計在線校準或核查不僅可以節省大量儀表拆裝費、運輸費及檢定費,大大減少儀表離線檢定或校準成本及工作量;還可以提高工作效率。通過在線校準或核查對超差的計量儀表進行定點修正,使企業可以在不投人大量資金成本的情況下保證計量的正確率,是企業降本增效的重要舉措。

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